Chapitre 2 — Compartiments liquidiens · Topic 2 : Distribution et mesure des volumes · Leçon 2.1
L’eau est le constituant le plus abondant de l’organisme. Sa répartition entre les cellules et le milieu extérieur détermine le volume de chaque compartiment et conditionne tous les échanges. Cette leçon présente le modèle à deux compartiments : intracellulaire et extracellulaire.
🎯 Objectifs pédagogiques
À la fin de cette leçon, tu sauras :
- définir un compartiment liquidien ;
- évaluer le contenu total en eau et ses facteurs de variation ;
- décrire le modèle à 2 compartiments (intra- / extracellulaire) ;
- expliquer pourquoi l’osmolalité est identique dans tous les compartiments à l’équilibre ;
- caractériser la membrane cellulaire sélective.
🧭 Plan de la leçon
- Le contenu total en eau de l’organisme
- Le modèle à deux compartiments liquidiens
- La membrane cellulaire et l’équilibre osmotique
1. Le contenu total en eau de l’organisme
Un compartiment liquidien est un rassemblement de volumes contenant des solutions de composition identique. L’ensemble des liquides corporels forme l’eau totale de l’organisme.
Chez l’adulte, l’eau totale représente environ 60 % du poids corporel (soit ~42 L pour un homme de 70 kg). Cette proportion varie selon trois facteurs principaux :
- l’âge : ~70 % chez le nouveau-né, ~60 % chez l’adulte, 50-55 % chez la personne âgée. La diminution progressive s’explique par l’augmentation relative de la masse grasse au cours de la vie ;
- le sexe : pourcentage légèrement plus élevé chez l’homme que chez la femme (en lien avec la masse musculaire relative plus importante chez l’homme) ;
- la composition corporelle : la masse maigre (muscles) contient ~70 % d’eau, alors que le tissu adipeux n’en contient que ~10 %.
| Tissu | Pourcentage d’eau | Commentaire |
|---|---|---|
| Masse maigre (muscles) | ~70 % | Tissu le plus riche en eau |
| Tissu adipeux | ~10 % | Très pauvre en eau |
| Os | ~25 % | Eau liée au cristal minéral |
Un sujet obèse a un pourcentage d’eau corporelle plus faible qu’un sujet musclé, car le tissu adipeux est très pauvre en eau (10 %). En revanche, la quantité absolue d’eau peut rester comparable si la masse totale est plus importante.
Les différences homme/femme s’expliquent essentiellement par la composition corporelle : les femmes ont en moyenne une masse grasse relative plus importante. Chez une femme sportive très musclée, le pourcentage d’eau peut atteindre celui d’un homme du même âge (source : Physiologie humaine, Sherwood, 4e éd. fr.).
2. Le modèle à deux compartiments liquidiens
Le modèle le plus simple divise l’eau totale en deux grands secteurs, séparés par la membrane cellulaire :
| Compartiment | Volume (homme 70 kg) | % eau totale | % poids corporel |
|---|---|---|---|
| Intracellulaire (VIC) | ~28 L | 2/3 (~60 %) | ~40 % |
| Extracellulaire (VEC) | ~14 L | 1/3 (~40 %) | ~20 % |
| Eau totale | ~42 L | 100 % | ~60 % |
Le compartiment intracellulaire regroupe l’ensemble des liquides situés à l’intérieur de toutes les cellules de l’organisme. Bien que chaque cellule ait sa propre composition, on les considère comme un seul compartiment de composition moyenne identique. Pour un homme de 70 kg :
- ~26 L sont situés dans les cellules tissulaires (en dehors des vaisseaux), entourées de liquide interstitiel, soit 37 % du poids corporel ;
- ~2 L sont situés dans les hématies (globules rouges), entourées de plasma et localisées dans le secteur vasculaire, soit 3 % du poids corporel.
Le contenu total d’eau du secteur intracellulaire (28 L) représente ainsi 40 % du poids corporel.
Le compartiment extracellulaire comprend tous les liquides situés en dehors des cellules (14 L, soit 20 % du poids corporel). Ce compartiment est le « milieu intérieur » au sens de Claude Bernard : c’est dans ce milieu que baignent les cellules et dont la constance est maintenue par l’homéostasie.
Le compartiment extracellulaire échange avec l’extérieur de l’organisme (milieu extracorporel) au niveau de trois interfaces principales :
- la peau (sorties d’eau et de chaleur) ;
- les reins (sorties d’eau et de solutés dans les urines) ;
- le tube digestif (entrées d’eau et de nutriments).
L’eau se répartit en fonction du contenu en osmoles de chaque compartiment. Les osmoles totales de l’organisme se distribuent ainsi :
- 1/3 d’osmoles extracellulaires ;
- 2/3 d’osmoles intracellulaires.
Comme la concentration en osmoles (osmolalité) est identique partout, l’eau s’aligne sur le contenu : 2/3 en intracellulaire, 1/3 en extracellulaire.
3. La membrane cellulaire et l’équilibre osmotique
La membrane cellulaire qui sépare les deux compartiments est une membrane sélective. Elle joue un rôle d’interface entre le milieu intracellulaire et le milieu extracellulaire, en contrôlant finement le passage des différentes molécules :
- perméable à l’eau (via les aquaporines) et à l’urée (via des canaux perméants spécifiques) ;
- peu perméable aux ions (Na+, K+, Cl−) — leur passage nécessite des canaux ioniques ou des transporteurs ;
- imperméable aux macromolécules (protéines, acides nucléiques).
Cette sélectivité est fondamentale : c’est elle qui permet aux deux compartiments d’avoir des compositions ioniques très différentes tout en maintenant la même osmolalité. Le maintien de ces gradients ioniques (Na+ concentré en extracellulaire, K+ concentré en intracellulaire) est assuré par des pompes à transport actif, notamment la pompe Na+/K+ ATPase.
Cette sélectivité a une conséquence majeure : à l’équilibre, l’osmolalité est sensiblement identique dans tous les compartiments, de l’ordre de 300 mOsm/kg d’eau. L’osmolalité totale est largement dominée par les ions micromoléculaires :
ωtotale = ωions + ωglucose + ωurée ≈ 300 mOsm/kg d’eau
Les cations ont une concentration équivalente d’environ 150 mEq/L, de même que les anions (total = 300 mEq/L), en respect du principe d’électroneutralité : la somme des charges positives est toujours égale à la somme des charges négatives dans chaque compartiment.
La membrane présente une osmolalité supérieure de ~1 mOsm/kg côté extracellulaire par rapport au côté intracellulaire, en raison de la présence de protéines (macromolécules non diffusibles). Cette différence infime est négligeable en première approximation.
Il est fondamental de comprendre que si l’osmolalité est identique partout, la composition est en revanche très différente d’un compartiment à l’autre :
- en extracellulaire : le sodium (Na+) est le cation dominant (> 95 % de l’osmolalité cationique), accompagné du chlore et des bicarbonates ;
- en intracellulaire : le potassium (K+) est le cation dominant, accompagné des phosphates et des protéines.
Cette asymétrie ionique est le fondement de l’excitabilité cellulaire (potentiel de membrane) et sera détaillée dans le chapitre sur l’excitabilité neuronale. Elle est maintenue en permanence par la pompe Na+/K+ ATPase, un transport actif qui consomme une fraction importante de l’ATP cellulaire.
Le sang n’est pas une solution mais une suspension (cellules en suspension dans le plasma).
On parle de « taux » d’hémoglobine (et non de concentration) : environ 120-160 g/L de sang.
Dans les globules rouges, la concentration en hémoglobine est de 320-360 g/L.
Pour faire des mesures in vivo, on dose dans le plasma, pas dans le sang total.
L’équilibre osmotique entre compartiments s’établit en quelques minutes grâce aux aquaporines, des canaux à eau présents dans la quasi-totalité des membranes cellulaires. L’eau suit passivement le gradient osmotique, sans dépense d’énergie. Le prix Nobel de chimie 2003 a été décerné à Peter Agre pour la découverte des aquaporines (source : Physiologie humaine, Silverthorn, 8e éd.).
🧠 À retenir absolument
- Eau totale ≈ 60 % du poids corporel (variable selon âge, sexe, morphologie ; nouveau-né 70 %, personne âgée 50-55 %).
- Masse maigre = ~70 % d’eau ; tissu adipeux = ~10 % d’eau.
Les femmes ont en moyenne plus de tissu adipeux, donc un pourcentage d’eau total légèrement inférieur (~50 %). - 2/3 intracellulaire (~28 L dont 26 L cellules + 2 L hématies) et 1/3 extracellulaire (~14 L) pour un homme de 70 kg.
- L’eau se répartit selon le contenu en osmoles : 2 fois plus d’osmoles en intracellulaire.
- La membrane cellulaire est sélective : perméable à l’eau et l’urée, peu perméable aux ions, imperméable aux macromolécules.
- L’osmolalité ≈ 300 mOsm/kg est identique dans tous les compartiments à l’équilibre.
- Le sang est une suspension (pas une solution) : on mesure dans le plasma, pas dans le sang total.
❓ Questions fréquentes
Pourquoi le compartiment intracellulaire est-il plus volumineux que l’extracellulaire ?
Parce que le contenu en osmoles intracellulaires est environ deux fois celui des osmoles extracellulaires. Comme l’osmolalité doit être identique partout, l’eau se distribue proportionnellement aux osmoles : 2/3 en intracellulaire, 1/3 en extracellulaire. Si l’on ajoute de l’eau pure sans osmoles, 2/3 de cette eau ira en intracellulaire et 1/3 en extracellulaire.
Pourquoi l’osmolalité est-elle la même dans tous les compartiments ?
Parce que la membrane cellulaire est perméable à l’eau : tout déséquilibre osmotique provoque immédiatement un transfert d’eau du compartiment le moins concentré (osmolalité basse) vers le plus concentré (osmolalité haute), jusqu’à égalisation. Ce transfert est très rapide (quelques minutes) grâce aux aquaporines.
Quelle est la différence entre osmolalité totale et osmolalité efficace ?
L’osmolalité totale inclut tous les solutés (~310 mOsm/kg d’eau). L’osmolalité efficace exclut l’urée (~5 mOsm/kg), qui diffuse librement et n’exerce pas de force osmotique. L’osmolalité efficace (~305 mOsm/kg) est celle qui gouverne réellement les mouvements d’eau.
Que signifie « membrane sélective » ?
Une membrane sélective laisse passer l’eau et les petites molécules non chargées (urée), mais est peu perméable aux ions et imperméable aux grosses molécules (protéines). C’est le cas de la membrane cellulaire.
La proportion d’eau varie-t-elle au cours de la vie ?
Oui : le nouveau-né contient ~70 % d’eau, l’adulte ~60 %, et la personne âgée 50-55 %. Cette diminution s’explique notamment par l’augmentation relative de la masse grasse avec l’âge.
🚀 Pour aller plus loin
Le compartiment extracellulaire se subdivise en plasma et liquide interstitiel :
Contenu pédagogique original — Réussir SVT. L’équipe Réussir SVT.